液氮速冻技术的原理

液氮快速冷冻在食品行业中是一种历史悠久、技术成熟的冷冻技术。液氮即液态氮气，温度-.8℃，为无色透明、无味、无毒的透明液体，不导热导电，不自燃助燃，化学性质稳定，不与任何物质起化合作用。

氮气是空气的主要组成部分，在空气中的含量高达70%体积。液氮是一种冷冻强度极强的制冷媒介，利用和产品之间的巨大温差释放极大的冷冻强度，使产品快速通过其冰晶生成带，达到一个玻璃化冻结的状态，有效保持产品的品质，是食品冷冻技术的开发热点。

液氮速冻技术是通过液氮食品与接触所吸收大量的潜热和显热致使食品冻结。液氮从容器内喷射出来，突变到常温常压，液态向气态转化，在这个相变过程中，液氮在-.8℃沸腾蒸发变成气态氮气，蒸发潜热为kJ/kg；若-.8℃的氮气常压下温度上升到-20℃则可吸收.89kJ/kg的显热(比热容以1.05kJ/(kg·K)计)，液氮相变过程吸收的汽化热和显热所吸收的热量可达kJ/kg低温快速冷冻可使食品形成小而均匀的冰晶，品质劣化低，恰能弥补普通冷冻技术的不足。

常规冻结如平板冻结、单冻等目前已在企业得到广泛应用。随着低温技术的发展，深冷速冻技术逐渐应用在食品保鲜贮运领域。

超低温速冻技术目前一般以液氮作为制冷媒介的冷冻技术。液氮快速冻结，每分钟可降温7-15℃，冻结速度比一般冻结方法约快30-40倍。使产品细胞内几乎没有产生冰晶，可降低细胞破壁和营养液外泄，品质好且营养成分损失和破坏少、干耗小。

液氮速冻技术的类型

液氮低温速冻方法分为冷气循环式、浸渍和喷淋冻结。

沉浸式冷冻技术是将食品完全浸入液氮中，可以达到所期望的快速冻结，食品可占用的空间较小，同时产生能量变化的幅度也很显著，但液氮消耗量较大，因为仅用液氮的潜热这部分冷量。

而喷淋式冷冻技术设有三个冷冻区：预冷区、冻结区和均温区。液氮经喷嘴成雾状与食品进行热交换，液氮吸热蒸发成氮气，氮气又被用来预冷新进入的食品，这样既利用了液氮的潜热，又利用了液氮的显热，使冷量得到充分利用。

最后一种是冷空气循环冷冻，由液氮冷却循环的冷空气，用空气作为载冷剂冷冻食品，可避免巨大的制冷设备对空间的占用以及加少初始投资。

而冻结装置目前应用最多的主要有液氮柜式冷冻机、液氮隧道速冻机两种。

液氮隧道速冻机：尤其是在当今生产要求"零库存"的环境下，工厂需要经常更换加工产品的种类，因此节约企业工作时间就尤为重要。液氮隧道冷冻机结构设计紧凑型，相比同样长度的低温隧道冷冻机，能极大的提高速冻产能。同时液氮隧道速冻机创新的设计，使得清洗变的容易，从而减少生产时的待机时间和人工成本。

液氮柜式冷冻机：液氮柜式冷冻设备由三部分组成:食品级不锈钢保温柜体、特殊的涡轮冷风循环系统和液氮喷射系统。-℃的液氮被喷射入涡轮冷风循环系统，产生液氮汽雾。超低温的液氮汽雾均匀通过置于柜体内的食品推车和托盘，快速冷冻了食品。一般柜式冷冻机适用于加工单一品种的食品，通过设定冷冻温度和时间，达到最高的效率。

液氮速冻食品的优越性

在食品冷冻过程中，由于瞬间带走大量热量而致使食品由外向内迅速降温至冻结。液氮速冻技术以液氮为冷源，对环境没有任何危害，与传统的机械制冷相比，液氮冷冻技术具优势：

1、液氮的冻结速度极快，能使食品内的冰晶细小而均匀，最大程度减少营养成分损失，保留产品原有的风味，增加产品的附加值;

2、液氮适用于形状不规则的食品，并能与产品的所有部分密切接触，进而使传热阻力降低到最小极限；

3、冻结食品的干耗较小，仅为0.6%-l%，而一般冻结装置干耗率却高达3%-6%；

4、液氮无毒且对食品成分呈惰性，隔绝了食品与空气的接触，确保几乎不发生氧化变色和脂肪酸败。同时能保护预制食品刚刚做成时的香味，由于被冻食品瞬时就达到-10℃，因此冻品杂菌污染少。

5、占地面积小，初投资低，装置效率高，运用简单方便，操作管理费少；

6、尤其适用于冷冻体积小的食品，可实行超快速的单个冻结。

液氮速冻早已经被食品加工企业所采用，由于它能实现低温深冷的超速冻，也有利于实现冻结食品的部分玻璃化，极大提高了冷冻食品的品质，因此在速冻工业中显示出特有的生命力。但是，由于此方法冻结速度极快如浸渍式，冻结过程中存在着一个主要问题即低温断裂，使冻品质量极度下降。此外，液氮冻结成本较高，且液氮的运输和贮藏需要特殊的容器和车辆，不适用于一些附加值低的原材料和辅料。

液氮冷冻技术在食品中的应用

1、液氮冷冻技术在水产上应用：

以浙江舟山某大型水产公司为例，其年生产能力1万余吨，通过应用自堆积螺旋式液氮冻结机后，不仅满足了企业每日水产品冷冻处理需求，同时展现了液氮保鲜领先于传统保鲜方式的全方位优势。

由于液氮的最低工作温度可达到-℃，因此，当海鲜进入-80℃液氮速冻机后，捕获的海鲜将在极短时间内降至-5℃，之后更可进一步快速降到-50℃以下，不仅能够有效保护细胞免受损伤的方式，还完美保留了食材的新鲜口感。

对于海鲜以及水产企业来说，保鲜和减少由水分流失带来的价格损失就是产品的保值，甚至是增值。以梭子蟹为例，当经过液氮保鲜的梭子蟹在通过运输达到销售终端时，除了能保持产品最初的体表色泽，肉质及口感与新鲜捕捞上来的产品几无差异。更重要的是可以使海鲜产品在储运过程中减少3%的水分损失，在某种程度上也就意味着企业在纯利上增加了3%的空间。投资成本的降低，收益和利润的增加，无疑也将进一步缩短企业的投资回报周期。

2、液氮冷冻技术在益生菌领域的应用：

以液氮作为冷却介质，通过热量的对流和传导使益生菌快速达到低温处理的目的。益生菌以足够快的冷却速度实现玻璃态，从而降低菌体细胞损伤。在益生菌生产中，液氮冷效果好、菌体失活少，生产效率高、设备投资维护费用低，相对于传统的冷冻干燥更具优势，益生菌在生产过程中主要采用的是颗粒滴冻式设备。

3、液氮冷冻技术在低温粉碎领域的应用：

食品的低温粉碎是近几年发展起来的一种食品加工新技术，该技术特别适宜于加工含芳香成分多、含脂量高、含糖量多和含胶状物质多的食品。

用液氮进行低温粉碎处理，可连原料的骨、皮、肉、壳等一次性全部粉碎，使成品颗料细小并保持其有效营养。

如日本将经液氮冻结后的海藻、甲壳素、蔬菜、调味品等，投入粉碎机粉碎，可使成品微细粒度高达μm以下，且基本保持原有营养价值。此外，用液氮进行低温粉碎，还可粉碎常温下难以粉碎的物料、热敏性及受热易变质，易分解的物质。另外，液氮可以粉碎如脂肪多的肉类、水分多的蔬菜等在常温下难以粉碎的食品原料，并可以制造迄今未曾有过的新加工食品

4、液氮冷冻技术在其他食品领域的应用：

液氮的制冷作用，蛋汁、液体调味品、酱油能够加工成可自由流动并能倒出的颗粒状冷冻食品，这些食品可随时使用并且很容易配制。

在研磨香料和吸水的食物添加剂，如糖的替代品和卵磷脂时，液氮被注入到研磨机中来保护有价值的成分，同时也增加了研磨产量。液氮用于果蔬的贮存保鲜具有气调的优点，可调节农副产品旺季和淡季供需方面的矛盾，减少贮存上的损失。

气调的功能是提高氮气的浓度，同时控制氮、氧与CO2的气体比例，并使其保持在稳定状态，降低果蔬的呼吸强度，延缓后熟过程，从而使果品、蔬菜保持采摘时的新鲜状态和原有营养价值，延长果蔬保鲜期。液氮在对原料肉绞制、斩拌或混合等工序中加入，可有效提高产品质量。

如在沙拉米型香肠加工中，液氮的使用可提高肉保水性，阻止脂肪氧化，改善切片性和外观质量；用于肉制点心、肉脯等再制肉的加工，不仅可使肉糜混合时加速蛋白质溶解和增强保水性，且对保持产品特有形状尤为有效。

另外原料肉经液氮快速冷却，既可在较长时间内保持热肉特性，又保证了肉品卫生安全；在加工工艺上，无须再担心温度上升对肉质的影响，且加工可不受原料温度、加工时间、季节因素的影响，同时还可使加工过程处于低氧分压，在一定范围延长了产品的货架寿命。